Một khám phá mới từ kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đang làm thay đổi cách chúng ta hiểu về vũ trụ sơ khai: các thiên hà nhỏ – tưởng chừng yếu ớt – có thể chính là nhân tố chủ chốt làm tan lớp sương mù dày đặc bao phủ vũ trụ sau Vụ Nổ Lớn.
Theo nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Isak Wold (Đại học Công giáo Hoa Kỳ) trình bày tại Hội nghị Thiên văn Hoa Kỳ lần thứ 246, những thiên hà nhỏ nhưng nhiều vô kể này có thể đã sản sinh đủ bức xạ cực tím (UV) để tái ion hóa hydro trung tính, đưa vũ trụ bước vào giai đoạn sáng tỏ đầu tiên.
Vũ trụ thời “đen tối”
Khoảng 380.000 năm sau Vụ Nổ Lớn, vũ trụ nguội đi đủ để các hạt tích điện kết hợp thành nguyên tử hydro trung tính. Chính lớp hydro này đã hấp thụ ánh sáng, biến vũ trụ thành một không gian u tối kéo dài hàng trăm triệu năm – được gọi là kỷ nguyên bóng tối (cosmic dark ages). Mãi cho đến khi các ngôi sao và thiên hà đầu tiên ra đời, tia cực tím mới phá vỡ lớp màng sương này, mở đường cho ánh sáng lan tỏa khắp không gian.
Nhưng ai là “tác nhân thắp sáng vũ trụ”? Từ lâu, giới khoa học vẫn tranh luận: có phải các thiên hà lớn, các quasar chứa hố đen siêu khối, hay chính là những thiên hà nhỏ bé nhưng cực kỳ hoạt động?
Sức mạnh vượt tầm vóc của thiên hà tí hon
Dữ liệu từ JWST đã nghiêng cán cân về phía những “kẻ nhỏ nhưng có võ”. Nhóm của Wold đã sử dụng cụm thiên hà khổng lồ Abell 2744 (còn gọi là cụm Pandora) như một “kính lúp vũ trụ”. Lực hấp dẫn cực lớn từ cụm này giúp phóng đại ánh sáng của các thiên hà rất xa phía sau, cho phép JWST nhìn ngược thời gian gần 13 tỷ năm.
Nhờ sự hỗ trợ của thiết bị chụp hồng ngoại NIRCam và thiết bị phổ kế NIRSpec, nhóm đã xác định 83 thiên hà nhỏ, đang bùng nổ quá trình hình thành sao khi vũ trụ mới 800 triệu năm tuổi – tương đương 6% tuổi hiện nay. Dấu hiệu chính là vạch phát xạ từ oxy ion hóa kép, một chỉ dấu điển hình của các vùng hình thành sao mãnh liệt.
“Phân tích của chúng tôi cho thấy những thiên hà này không chỉ có số lượng đủ lớn mà còn phát ra đủ tia cực tím để thúc đẩy quá trình tái ion hóa quy mô vũ trụ,” Wold khẳng định.
Một trong số đó – thiên hà có ký hiệu 41028 – chỉ có khối lượng sao bằng khoảng 2 triệu Mặt Trời, tương đương một cụm sao lớn trong Ngân Hà. Dù nhỏ bé, nó vẫn đóng vai trò như một “ngọn đuốc vũ trụ”.
Cú đấm của kẻ tí hon
Ngày nay, các thiên hà tương tự – gọi là “green pea galaxies” – vẫn được phát hiện với khả năng giải phóng khoảng 25% tia cực tím ion hóa vào không gian xung quanh. Nếu các thiên hà cổ đại hoạt động tương tự, thì bức xạ do chúng tạo ra hoàn toàn đủ sức xé toang lớp hydro trung tính, biến vũ trụ từ mù mịt thành trong suốt.
“Khi nói đến việc tạo ra tia cực tím, những thiên hà nhỏ này mạnh hơn nhiều so với kích thước của chúng,” Wold nhấn mạnh.
Phát hiện từ JWST không chỉ củng cố vai trò của các thiên hà tí hon trong lịch sử vũ trụ, mà còn mở ra cánh cửa mới trong hành trình tìm hiểu cách mà vũ trụ chuyển mình từ một bóng tối nguyên thủy trở thành không gian rực sáng đầy sao như hiện nay.